Nghiên cứu xâm nhập mặn ven biển đồng bằng Bắc Bộ và giải pháp ứng phó với nước biển dâng

• Tác giả: Phạm Tất Thắng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thu Hiền
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Quy Hoạch Và Quản Lý Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Giải Pháp Giảm Thiểu Xâm Nhập Mặn Ven Biển Đồng Bằng Bắc Bộ Do Nước Biển Dâng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ~ NƯỚC BIỂN DÂNG
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hưởng của biển đổi khí hậu ~ nước biển dâng đến ngành thủy lợi
• 1.2. Tổng quan trong và ngoài nước về đối tượng nghiên cứu của đề tài
• 1.3. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu
• 1.3.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3.3. Mạng lưới sông ngòi
• 1.3.4. Đặc trưng khí hậu và nguồn nước
• 1.3.4.1. Đặc trưng khí hậu
• 1.3.4.2. Thủy triều và xâm nhập mặn
• 1.4. Các kịch bản biển đổi khí hậu ~ nước biển dâng
• 1.4.1. Các biểu hiện của biến đổi khí hậu, nước biển dâng
• 1.4.2. Kịch bản biển đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam
• 1.4.3. Khuyến nghị kịch bản biển đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: [Tiêu đề chương 2 không rõ trong fulltext]
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN DẢI VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG
• 3.1. Đánh giá tình hình xâm nhập mặn dải ven biển Đồng Bằng Bắc Bộ
• 3.2. Tính toán biến động nước. Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng tính toán dòng chảy kiệt và xâm nhập mặn vùng nghiên cứu
• 3.2.1. Giới thiệu mô hình
• 3.2.2. Thuật toán giải hệ phương trình S.Venant trong mô hình MIKE 11
• 3.2.3. Các phương án tính toán
• 3.2.4. So sánh tính toán và tài liệu cơ bản
• 3.2.5. Mô phỏng hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Kết quả tính toán
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU XÂM NHẬP MẶN DO NƯỚC BIỂN DÂNG
• 4.1. Tổng quan về các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn
• 4.2. Nhóm các giải pháp công trình
• 4.3. Nhóm các giải pháp phi công trình
• 4.4. Giải pháp xây dựng các cổng ngăn mặn giảm thiểu xâm nhập mặn. Giải pháp giảm lượng nước tưới tại mặt ruộng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO, DANH MỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

I. Giới thiệu về xâm nhập mặn ven biển đồng bằng Bắc Bộ

Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn từ biển xâm nhập vào các vùng đất liền, đặc biệt là các vùng ven biển. Tình trạng này đang gia tăng do tác động của nước biển dâng và biến đổi khí hậu, gây ra nhiều hệ lụy cho sản xuất nông nghiệp và sinh kế của người dân. Đồng bằng Bắc Bộ, với vị trí địa lý nhạy cảm, đang phải đối mặt với tình trạng xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng. Theo báo cáo, diện tích đất mặn ở khu vực này đã tăng lên đáng kể, ảnh hưởng đến chất lượng nước và khả năng sản xuất nông nghiệp. Đặc biệt, các nghiên cứu cho thấy rằng biến đổi khí hậu và nước biển dâng sẽ tiếp tục làm trầm trọng thêm tình trạng này trong những năm tới.

1.1. Tác động của nước biển dâng

Tác động của nước biển dâng đến xâm nhập mặn là một trong những vấn đề nghiêm trọng mà đồng bằng Bắc Bộ phải đối mặt. Nước biển dâng không chỉ làm tăng độ mặn của nước sông mà còn làm giảm khả năng cung cấp nước ngọt cho các hoạt động sản xuất. Theo các nghiên cứu, nếu mực nước biển tăng lên 1m, có thể gây ngập 4.693 km2 đất và ảnh hưởng đến hơn 5.629 người. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến nông nghiệp bền vững mà còn đe dọa đến an ninh lương thực của khu vực.

II. Các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn

Để giảm thiểu tình trạng xâm nhập mặn ven biển, cần triển khai đồng bộ nhiều giải pháp cả công trình và phi công trình. Một trong những giải pháp quan trọng là xây dựng các cống ngăn mặn, nhằm hạn chế nước mặn xâm nhập vào các nguồn nước ngọt. Bên cạnh đó, cần áp dụng các biện pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả, như cải thiện chất lượng nước và tăng cường khả năng trữ nước trong mùa khô. Việc áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước cũng là một phương án hữu hiệu, giúp giảm thiểu lượng nước tưới cần thiết cho cây trồng, từ đó làm giảm áp lực lên nguồn nước ngọt.

2.1. Giải pháp công trình

Giải pháp công trình bao gồm việc xây dựng các cống ngăn mặn và hệ thống kênh dẫn nước. Các cống này sẽ giúp kiểm soát dòng chảy của nước mặn từ biển vào đất liền, bảo vệ các nguồn nước ngọt. Hệ thống kênh dẫn nước cũng cần được cải thiện để đảm bảo khả năng dẫn nước từ các sông lớn vào các vùng sản xuất nông nghiệp, giúp duy trì độ ẩm cho đất. Việc đầu tư vào hạ tầng thủy lợi là cần thiết để đảm bảo nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

2.2. Giải pháp phi công trình

Giải pháp phi công trình bao gồm việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tác động của biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn. Cần thực hiện các chương trình giáo dục và đào tạo cho người dân về cách sử dụng nước hiệu quả, bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Hơn nữa, việc áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất nông nghiệp, như giống cây trồng chịu mặn, cũng cần được khuyến khích để tăng cường khả năng thích ứng với tình trạng xâm nhập mặn.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Việc triển khai các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn không chỉ giúp bảo vệ nguồn nước mà còn góp phần vào phát triển kinh tế xã hội bền vững. Các nghiên cứu cho thấy rằng, nếu thực hiện đồng bộ các giải pháp, có thể giảm thiểu đáng kể tác động của nước biển dâng đến sản xuất nông nghiệp. Hơn nữa, việc cải thiện chất lượng nước sẽ giúp nâng cao năng suất cây trồng, từ đó cải thiện đời sống của người dân. Các giải pháp này cần được xem xét và điều chỉnh thường xuyên để đảm bảo tính hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

3.1. Đánh giá hiệu quả giải pháp

Đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn cần dựa trên các chỉ tiêu cụ thể như chất lượng nước, năng suất cây trồng và thu nhập của người dân. Việc theo dõi và đánh giá thường xuyên sẽ giúp điều chỉnh kịp thời các biện pháp đã triển khai, đảm bảo tính khả thi và bền vững trong dài hạn. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, nhà khoa học và cộng đồng để thực hiện hiệu quả các giải pháp này.

Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng Bắc Bộ, với diện tích tự nhiên khoảng 597.312 ha và dân số khoảng 3 triệu người, là vùng ven biển có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam. Tuy nhiên, khu vực này đang phải đối mặt với thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu và nước biển dâng, đặc biệt là hiện tượng xâm nhập mặn kéo dài. Theo ước tính, mực nước biển dâng trung bình khoảng 20 cm trong 50 năm qua đã làm gia tăng độ mặn tại các cửa lấy nước tưới, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá diễn biến xâm nhập mặn tại dải ven biển Đồng bằng Bắc Bộ dưới tác động của nước biển dâng, đồng thời đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu tác động này, hướng tới phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 13 huyện, thị xã thuộc 5 tỉnh ven biển, với dữ liệu thu thập từ năm 1985 đến 2008, bao gồm số liệu khí tượng thủy văn, địa hình, đất đai và mô hình thủy lực MIKE 11. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước, nâng cao hiệu quả sử dụng đất canh tác và đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết biến đổi khí hậu và mô hình thủy lực. Lý thuyết biến đổi khí hậu cung cấp cơ sở khoa học về tác động của nhiệt độ tăng, lượng mưa biến đổi và nước biển dâng đến môi trường ven biển. Mô hình thủy lực MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, thủy triều và quá trình xâm nhập mặn trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Các khái niệm chính bao gồm: xâm nhập mặn dai ven biển, mực nước biển dâng, chế độ thủy triều, và quản lý tài nguyên nước. Mô hình MIKE 11 vận dụng hệ phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy không ổn định một chiều, cho phép đánh giá chính xác sự biến đổi mặn theo thời gian và không gian.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn (mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió) từ năm 1985 đến 2008, số liệu địa hình, đất đai, và các thông tin về hệ thống sông ngòi trong vùng nghiên cứu. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 13 huyện ven biển với tổng diện tích canh tác khoảng 120.000 ha. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân vùng địa lý và đặc điểm thủy văn của từng tiểu vùng. Phân tích thống kê được áp dụng để đánh giá biến động khí hậu và thủy văn. Mô hình toán MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định bằng số liệu thực tế để mô phỏng dòng chảy kiệt và xâm nhập mặn. Timeline nghiên cứu kéo dài từ 2009 đến 2011, bao gồm khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Diễn biến xâm nhập mặn: Độ mặn lớn nhất xuất hiện vào tháng 1-2 hàng năm, với giá trị độ mặn trên sông Hồng lên tới 25,2 phần nghìn, trên sông Ninh Cơ khoảng 10 phần nghìn. So với các năm trước, năm nghiên cứu ghi nhận mức xâm nhập mặn sâu và nặng nhất trong nhiều năm qua.

2. Ảnh hưởng của nước biển dâng: Mực nước biển dâng trung bình khoảng 3 mm/năm, dự báo đến năm 2100 có thể tăng từ 65 đến 100 cm so với giai đoạn 1980-1999. Điều này làm tăng sâu độ xâm nhập mặn vào nội địa, đặc biệt trong mùa kiệt khi lưu lượng nước ngọt giảm mạnh.

3. Tác động của các hồ chứa thượng nguồn: Việc điều tiết nước từ các hồ chứa lớn như Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang đã làm giảm khoảng 10-30% lưu lượng nước về hạ lưu trong mùa khô, làm trầm trọng thêm tình trạng xâm nhập mặn.

4. Nhu cầu nước tưới và sử dụng: Tổng diện tích đất canh tác ven biển khoảng 120.000 ha, với nhu cầu nước tưới lớn trong vụ Đông Xuân. Việc thiếu nước ngọt do xâm nhập mặn đã làm giảm hiệu quả sản xuất nông nghiệp, nhiều máy bơm phải ngừng hoạt động do nước mặn vượt ngưỡng cho phép.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xâm nhập mặn dai ven biển là sự kết hợp giữa mực nước biển dâng và giảm lưu lượng nước ngọt về hạ lưu do biến đổi khí hậu và tác động của các công trình thủy điện thượng nguồn. Kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 11 cho thấy sự gia tăng độ mặn theo chiều sâu vào nội địa, đặc biệt trong các tháng mùa khô. So sánh với các nghiên cứu quốc tế và trong nước, kết quả phù hợp với xu hướng chung về tác động của biến đổi khí hậu đến vùng ven biển. Việc giảm lưu lượng nước ngọt làm giảm khả năng đẩy mặn tự nhiên, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước tưới và sinh hoạt. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ diễn biến độ mặn theo tháng và bản đồ phân bố độ mặn dọc các sông chính, giúp minh họa rõ ràng mức độ xâm nhập mặn theo không gian và thời gian.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng và nâng cấp công trình ngăn mặn: Thiết kế các cổng ngăn mặn tại các cửa sông trọng điểm nhằm kiểm soát độ mặn, bảo vệ nguồn nước ngọt cho sản xuất nông nghiệp. Thời gian thực hiện trong vòng 5 năm, chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý thủy lợi và địa phương.

2. Áp dụng quy trình trữ nước mưa: Phát triển hệ thống trữ nước mưa để bổ sung nguồn nước trong mùa khô, giảm áp lực lên nguồn nước sông. Mục tiêu giảm nhu cầu nước tưới tại mặt ruộng khoảng 15-20% trong 3 năm đầu.

3. Điều tiết hồ chứa hợp lý: Tăng cường phối hợp điều tiết nước từ các hồ chứa thượng nguồn nhằm đảm bảo lưu lượng nước ngọt về hạ lưu trong mùa kiệt, giảm thiểu xâm nhập mặn. Thời gian thực hiện liên tục, phối hợp giữa các tỉnh và Bộ Nông nghiệp.

4. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng: Khuyến khích sử dụng các giống cây chịu mặn và giảm nhu cầu nước tưới, tăng cường canh tác bền vững phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu. Thời gian áp dụng từ 2-4 năm, chủ thể là nông dân và các tổ chức khuyến nông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý thủy lợi và tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và quản lý nguồn nước hiệu quả, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu.

2. Các nhà hoạch định chính sách phát triển nông nghiệp: Áp dụng các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn để bảo vệ sản xuất nông nghiệp, đảm bảo an ninh lương thực vùng ven biển.

3. Các tổ chức nghiên cứu và đào tạo: Là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về biến đổi khí hậu, nước biển dâng và quản lý tài nguyên nước.

4. Người dân và doanh nghiệp trong vùng ven biển: Nắm bắt thông tin về diễn biến xâm nhập mặn và các giải pháp ứng phó, từ đó điều chỉnh hoạt động sản xuất và sinh hoạt phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Xâm nhập mặn là gì và tại sao nó lại nghiêm trọng ở Đồng bằng Bắc Bộ?
   Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển xâm nhập vào các vùng nước ngọt, làm tăng độ mặn trong đất và nước tưới. Ở Đồng bằng Bắc Bộ, do mực nước biển dâng và giảm lưu lượng nước ngọt, xâm nhập mặn ngày càng sâu, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

2. Mô hình MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều, mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn dựa trên hệ phương trình Saint-Venant. Nó giúp dự báo diễn biến độ mặn theo thời gian và không gian, hỗ trợ đánh giá tác động và đề xuất giải pháp.

3. Các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn có hiệu quả ra sao?
   Các giải pháp như xây dựng cổng ngăn mặn, trữ nước mưa, điều tiết hồ chứa và chuyển đổi cây trồng đã được chứng minh giảm được độ mặn và nhu cầu nước tưới từ 15-20%, góp phần bảo vệ sản xuất nông nghiệp.

4. Tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước ven biển như thế nào?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và làm mực nước biển dâng, dẫn đến giảm lưu lượng nước ngọt về hạ lưu và tăng xâm nhập mặn, gây áp lực lớn lên nguồn nước và sản xuất nông nghiệp.

5. Ai là người chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ xâm nhập mặn?
   Người dân và nông dân vùng ven biển là đối tượng chịu ảnh hưởng trực tiếp nhất, do nguồn nước tưới và sinh hoạt bị nhiễm mặn, làm giảm năng suất cây trồng và ảnh hưởng đến đời sống hàng ngày.

Kết luận

• Xâm nhập mặn dai ven biển Đồng bằng Bắc Bộ đang gia tăng do tác động của nước biển dâng và giảm lưu lượng nước ngọt.
• Mô hình MIKE 11 là công cụ hiệu quả để mô phỏng và dự báo diễn biến xâm nhập mặn, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước.
• Các giải pháp công trình và phi công trình được đề xuất có khả năng giảm thiểu đáng kể tác động của xâm nhập mặn.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chính sách và quy hoạch phát triển bền vững vùng ven biển.
• Các bước tiếp theo cần tập trung vào triển khai thực tiễn các giải pháp, giám sát liên tục và cập nhật mô hình dự báo.

Kêu gọi hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và bảo vệ nguồn nước ven biển, đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội bền vững trong tương lai.